[发明专利]一种测量制冷型红外探测器光敏元间温差的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器检测技术，具体是指一种测量制冷型红外探测器光敏元间温差的装置和方法，它适用于测量制冷型红外探测器光敏元之间的温度差异。

背景技术

随着红外焦平面技术的发展，出现了大面阵长线列的红外探测器件。对于这些面积较大、光敏元数目众多的器件，其在80K左右工作温度下的光敏元之间的温度差异成为越来越受关注的一个问题。因为焦平面上感光区域的温度分布不均匀会导致材料的禁带宽度有差异从而影响器件的响应波长，不利于焦平面的均匀性指标的提高。但目前为止还没有直接测量每一光敏元的温度的方法，因为光敏元的几何尺寸及其间距都在微米量级，现有的温度测量方法无法区分这么小空间的温度差异，而利用光谱间接的测量得到的是温度、应变及组分几个因素的综合结果，所以必须发展新的方法获取光敏元的温度分布信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量测制冷型红外焦平面器件光敏元间温度差异的方法，解决制冷型红外焦平面器件光敏元间温度差异的测量问题。

本发明方法利用了半导体材料的温差电动势效应：温度会引起半导体材料的费米能级E_F位置的变化，随着温度的升高，无论是P型还是N型半导体其费米能级E_F均向本征费米能级Ei移动，而一般来说，应变及组分只会引起导带底能量Ec及价带顶能量Ev的位置变化，不会引起半导体材料E_F的变化，这样就导致一块半导体材料内两个温度不同的地方产生温差电动势，所以通过测量光敏元间的温差电动势就可以获取温差信息。对于内部有pn结势垒或肖特基势垒的情况，温差电动势仍然可以测出。在平衡状态下，假设芯片处于均匀的温度场中，则费米能级为一平直的直线，如若某处温度有变化，便会导致E_F的升高或降低，对外产生温差电动势。

本发明的测量装置如附图1所示，由硅引线板2、铟柱3、P型碲镉汞4和n型碲镉汞构成的探测器器件封装在低温杜瓦8中，器件用真空导热油脂粘贴杜瓦的冷头1上，连接各个光敏元的测量引线6通过杜瓦的内部电路将光敏元引出，静电计10通过静电计引线9并联杜瓦8上的与光敏元相连的金属触点上，由静电计10测得光敏元之间的电势差。在实际测量中，从导线接触低温光敏元的一端到处于室温的另一端本身就存在一个可观的温差电动势。为消除这个电动势的影响，采用相同的测量引线6来连接各个光敏元，并且与静电计10连接的静电计引线9选用两根同材质同型号同长度(L₁＝L₂)的测量引线并使测量是室温T₀(T₁＝T₂＝T₀)保持恒定。整个测量装置安置在静电屏蔽网11中。由半导体物理学的知识可知，在材料组分分布均匀和温度场恒定的情况下，温差ΔT随温差电动势ΔV单调变化，因此我们可以用ΔV来表征ΔT。这样，以焦平面器件上的某一个光敏元为基准点，多次测量其他光敏元与之的温差，就可以得到整个焦平面器件的温度分布了。

本发明的优点在于：该方法弥补了制冷型红外焦平面领域量测比较器件的温度均匀性的技术空白，操作简便易行，可以定量的给出整个器件的温度分布。

附图说明

图1为本发明的测量装置结构示意图，图中各编号的定义按编号从小到大的顺序排列依次为：1-冷头；2-Si引线板；3-铟柱；4-p型碲镉汞；5-n型碲镉汞；6-杜瓦内与光敏元连接的测量引线；7-窗口；8-杜瓦；9-静电计引线；10-静电计；11-静电屏蔽铜网。测量时测量温度恒定在T₀，静电计的两极的温度T₁及T₂等于T₀。

具体实施方式

1.将碲镉汞器件封装于低温杜瓦8中，以真空导热油脂把碲镉汞器件粘贴在杜瓦冷头1上，同时把各光敏元引至杜瓦外，所有引线6均采用10丝的金丝，并保证从光敏元的焊点到杜瓦输出端的测温差电动势测量点的金丝长度为10cm。

2.将杜瓦8的真空腔抽真空以确保器件的温度能降到红外器件实际工作的低温。

3.杜瓦8的液氮腔中灌满液氮，通过冷头1把器件冷却。

4.约30分钟后器件温度达到平衡，开始测量。测量在有静电屏蔽网11的房间进行，测量引线亦需要很好的屏蔽。

5.用Keithley6517A静电计通过杜瓦输出端测量光敏元间电势差，所用引线9为两根材质长度均相同的屏蔽线。

6.多次测量基准光敏元与其他光敏元间的电势差，即可得到用ΔV表征的器件ΔT分布了。